JP2011198540A - Display apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、銀を90重量%以上含む薄膜を光取り出し側の電極として用いた有機EL素子が複数配列された表示装置に関する。 The present invention relates to a display device in which a plurality of organic EL elements using a thin film containing 90% by weight or more of silver as an electrode on the light extraction side are arranged.
有機EL素子は、陽極と陰極との間に発光層を含む有機化合物層を挟んだ構造を有しており、少なくとも一方の光取り出し側の電極が透明であることを要する。透明電極としては、例えば、インジウム錫酸化物(ITO)などの酸化物透明電極が一般的である。 The organic EL element has a structure in which an organic compound layer including a light emitting layer is sandwiched between an anode and a cathode, and at least one of the light extraction side electrodes needs to be transparent. As the transparent electrode, for example, an oxide transparent electrode such as indium tin oxide (ITO) is generally used.
また透明電極として、より高い透過率と導電性の発現を目的として、金属薄膜の利用が試みられている。金属薄膜の材料としては、電気伝導率と可視光領域での透過率が高い金、銀、銅などが挙げられる。なかでも、銀は透過率の波長依存性が平坦で、かつ導電率も高いため有望である。しかし、銀は薄膜化しても、単純に透過率が向上しない。その原因の一つが、銀の局在表面プラズモン吸収である(非特許文献1参照)。 In addition, as a transparent electrode, use of a metal thin film has been attempted for the purpose of achieving higher transmittance and conductivity. Examples of the material for the metal thin film include gold, silver, and copper that have high electrical conductivity and high transmittance in the visible light region. Among these, silver is promising because the wavelength dependency of transmittance is flat and the conductivity is high. However, even if silver is thinned, the transmittance is not simply improved. One of the causes is the localized surface plasmon absorption of silver (see Non-Patent Document 1).
一般に、透過率向上のため、銀薄膜の膜厚を10nm程度にした場合、薄膜は連続な均一膜ではなく不連続なアイランド状膜となる。このアイランド状の銀粒子が、局在表面プラズモン吸収を可視光領域に有するため、銀薄膜の透過率減少という問題が生じる。 Generally, when the film thickness of the silver thin film is about 10 nm for improving the transmittance, the thin film is not a continuous uniform film but a discontinuous island film. Since the island-shaped silver particles have localized surface plasmon absorption in the visible light region, there arises a problem that the transmittance of the silver thin film is reduced.
その対策として、銀薄膜下にその膜厚以下の銀以外の金属からなる下地層を設けることでアイランド状ではなく連続した均一な銀薄膜が成膜される結果、銀単体の薄膜よりも透過特性に優れる透明導電膜積層体を作製する技術が提案されている(特許文献1参照)。 As a countermeasure, by providing an underlayer made of a metal other than silver below the thickness of the silver thin film, a continuous uniform silver thin film is formed instead of islands. Has been proposed (see Patent Document 1).
しかしながら、特許文献1のように金属からなる下地層を設けると、この下地層の膜厚が銀薄膜の膜厚以下であるとはいえ、下地層由来の透過率損失が少なからず存在してしまう。また、銀薄膜のアイランド形成を制御するという銀の成膜性制御機能を下地層が担う以上、この機能を有する金属しか下地層として選択できない。
However, when a base layer made of metal is provided as in
本発明は、上記の課題に鑑み、銀を90重量%以上含む薄膜を光取り出し側の電極として用いた有機EL素子が配列され、所望の波長における透過率を改善できる表示装置を提供することを目的とする。 In view of the above problems, the present invention provides a display device in which organic EL elements using a thin film containing 90% by weight or more of silver as an electrode on the light extraction side are arranged, and the transmittance at a desired wavelength can be improved. Objective.
上記の目的を達成すべく成された本発明の構成は以下の通りである。 The configuration of the present invention made to achieve the above object is as follows.
即ち、赤色を発する有機EL素子、緑色を発する有機EL素子及び青色を発する有機EL素子を有する表示装置において、
前記有機EL素子は、陽極と、陰極と、前記陽極と前記陰極との間に、発光層と電荷輸送層を含む有機化合物層を備え、前記陽極と前記陰極のうち、光取り出し側の電極は、前記電荷輸送層に接する、銀を90重量%以上含み、膜厚が30nm未満である銀薄膜層であり、
前記銀薄膜層の上に、前記赤色を発する有機EL素子、前記緑色を発する有機EL素子及び前記青色を発する有機EL素子に共通して配置された屈折率制御層を有し、
下式で示される有効屈折率(neff)が1.4以上2.3以下であることを特徴とする表示装置である。
That is, in a display device having an organic EL element that emits red, an organic EL element that emits green, and an organic EL element that emits blue.
The organic EL device includes an anode, a cathode, and an organic compound layer including a light emitting layer and a charge transport layer between the anode and the cathode, and the electrode on the light extraction side of the anode and the cathode is A silver thin film layer that is in contact with the charge transport layer and contains 90% by weight or more of silver and has a film thickness of less than 30 nm.
On the silver thin film layer, the organic EL element that emits red, the organic EL element that emits green, and the organic EL element that emits blue, and a refractive index control layer disposed in common.
The display device is characterized in that an effective refractive index (n eff ) represented by the following formula is 1.4 or more and 2.3 or less.
neff=0.7nu+0.3nd
nu:屈折率制御層の屈折率
nd:電荷輸送層の屈折率
n eff = 0.7 n u +0.3 n d
n u : refractive index of refractive index control layer n d : refractive index of charge transport layer
本発明によれば、電荷輸送層に接して銀薄膜層が成膜されており、さらに銀薄膜層の上に各色有機EL素子に共通して屈折率制御層が成膜されている。この積層構造によって有効屈折率を制御することにより、銀薄膜層のアイランド状銀粒子により発現する局在表面プラズモン吸収の吸収ピーク波長をシフトさせることができる。したがって、所望の色を発する有機EL素子の発光スペクトルと局在表面プラズモン吸収との重畳が低減され、所望の波長における透過率を改善できるという優れた効果を奏する。 According to the present invention, the silver thin film layer is formed in contact with the charge transport layer, and the refractive index control layer is formed on the silver thin film layer in common with each color organic EL element. By controlling the effective refractive index by this laminated structure, the absorption peak wavelength of localized surface plasmon absorption expressed by island-like silver particles in the silver thin film layer can be shifted. Therefore, the superimposition of the emission spectrum of the organic EL element that emits a desired color and the localized surface plasmon absorption is reduced, and an excellent effect is obtained in that the transmittance at a desired wavelength can be improved.
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明するが、本発明は本実施形態に限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments.
まず、図1を参照して、本発明の有機EL素子の光取り出し側の積層構造について説明する。図1は、本発明の有機EL素子の光取り出し側の三層の断面構造を示す模式図である。図1に示すように、本発明の有機EL素子の光取り出し側では、電荷輸送層1に接して銀薄膜層2が成膜され、さらにその上に屈折率制御層3が積層された構造を有している。
First, the laminated structure on the light extraction side of the organic EL element of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a schematic view showing a cross-sectional structure of three layers on the light extraction side of the organic EL element of the present invention. As shown in FIG. 1, the light extraction side of the organic EL device of the present invention has a structure in which a silver
電荷輸送層1は、銀を90重量%以上含む銀薄膜層2の成膜に耐え得る材料であればよい。
The
銀薄膜層2は、銀を90重量%以上含む薄膜であって、例えば、真空蒸着法やスパッタリング法などの一般的な薄膜の成膜方法を用いて形成される。なお、銀薄膜層は、例えば、Pd、Cu、Mg、Au等が微量(10重量%未満)含まれていてもよい。なお、銀薄膜層2の膜厚は30nm未満が好ましく、より好ましくは5.0nm以上20nm以下の範囲が望ましい。膜厚が30nm以上では、銀粒子の局在表面プラズモン吸収が低減される代わりに、銀薄膜層2そのものの反射率が上がって透過率が悪くなるからある。
The silver
屈折率制御層3は、有機材料、無機材料のいずれで形成してもよい。具体的な材料は後述する。
The refractive
次に、図2〜図4を参照して、銀薄膜を光取り出し側の電極として使用する場合の局在表面プラズモン吸収について説明する。ここでは、電荷輸送層1の代わりに石英ガラス基板、銀薄膜層2として銀薄膜、屈折率制御層3として屈折率の異なる複数の材料を選択したサンプルを作成した。
Next, localized surface plasmon absorption when a silver thin film is used as an electrode on the light extraction side will be described with reference to FIGS. Here, a sample in which a quartz glass substrate, a silver thin film as the silver
まず、石英ガラス基板を水、アセトン、イソプロピルアルコールで順次、超音波洗浄し、次にイソプロピルアルコールで煮沸洗浄後乾燥した。さらに、洗浄後の石英ガラス基板をUVオゾン処理した。次に、真空蒸着法により、石英ガラス基板の上に、膜厚10nmの銀薄膜層2を成膜した。
First, the quartz glass substrate was ultrasonically washed successively with water, acetone and isopropyl alcohol, then boiled and washed with isopropyl alcohol and then dried. Further, the washed quartz glass substrate was treated with UV ozone. Next, a silver
図2は、上述のように作成された石英ガラス基板/銀薄膜の走査型電子顕微鏡(SEM)による観察結果を示す顕微鏡写真である。図2に示すように、銀薄膜がアイランド状の銀粒子からなっていることが観察される。 FIG. 2 is a photomicrograph showing the observation result of the quartz glass substrate / silver thin film prepared as described above by a scanning electron microscope (SEM). As shown in FIG. 2, it is observed that the silver thin film consists of island-like silver particles.
また図3は、石英ガラス基板/銀薄膜の可視−紫外光吸収スペクトルを示す説明図である。なお、可視−紫外光吸収スペクトルの測定には、Ubest V−560(日本分光株式会社製)を用いた。 FIG. 3 is an explanatory diagram showing the visible-ultraviolet light absorption spectrum of the quartz glass substrate / silver thin film. In addition, Ubest V-560 (made by JASCO Corporation) was used for the measurement of a visible-ultraviolet light absorption spectrum.
図3に示すように、屈折率制御層3がない状態の空気の場合は515nmをピーク波長とする銀薄膜の局在表面プラズモン吸収が確認できる。この吸収が銀薄膜を光取り出し側の電極として使用する際に、透過率を低減させてしまう。そのため、所望の波長での透過率を改善するため、ピーク波長をシフトさせる必要がある。
As shown in FIG. 3, in the case of air without the refractive
そこで、局在表面プラズモン吸収を波長シフトさせるために、銀薄膜層2上に種々の屈折率をもった材料からなる屈折率制御層3を成膜した。屈折率制御層3として二酸化ケイ素(1.45)、酸化アルミニウム(1.76)、酸化亜鉛(1.95)、インジウム−スズ酸化物(2.1)、酸化チタン(2.71)を用いる場合は、スパッタ法により膜厚20nmで各材料を成膜した。また、フッ化リチウム(1.39)を用いる場合は、真空蒸着法により膜厚20nmのフッ化リチウム層を成膜した。なお、材料名に続く括弧内の数値は、各材料の屈折率である。
Therefore, in order to shift the wavelength of localized surface plasmon absorption, a refractive
また、屈折率制御層3は光取り出し効率向上のために有機EL素子で用いられる光学干渉層とは機能が異なるため、発光波長に適合するように膜厚を定める必要はない。さらに言えば、局在表面プラズモン吸収は銀粒子周囲の局所的な環境に影響を受けるため、膜厚30nm以下の薄膜で十分である。好ましくは屈折率制御層3の膜厚は、10nm以上20nm以下である。
Further, since the refractive
次に、図4は、有効屈折率(neff)に対する局在表面プラズモン吸収のピーク波長(λp)依存性を示す説明図である。 Next, FIG. 4 is an explanatory diagram showing the dependence of the localized surface plasmon absorption on the peak wavelength (λp) with respect to the effective refractive index (n eff ).
ここで有効屈折率(neff)は、銀薄膜層2を取り囲む電荷輸送層1(上記サンプルにおいては石英ガラス基板)と屈折率制御層3との双方の屈折率を考慮した値であり、下式で示される。
Here, the effective refractive index (n eff ) is a value considering the refractive indexes of both the charge transport layer 1 (in the above sample, a quartz glass substrate) surrounding the silver
neff=αnu+(1−α)nd
nu:屈折率制御層3の屈折率
nd:電荷輸送層の屈折率(上記サンプルにおいては石英ガラス基板の屈折率)
α:重み因子
n eff = αn u + (1−α) n d
n u : refractive index of refractive index control layer 3 n d : refractive index of charge transport layer (in the above sample, refractive index of quartz glass substrate)
α: Weight factor
なお、重み因子(α)は、屈折率制御層3が銀薄膜層2の銀の塊を被覆する被覆率であり、本発明において、α=0.7である。
Note that the weighting factor (α) is a covering rate at which the refractive
図4に示すように、有効屈折率が大きくなるほど、銀薄膜の局在表面プラズモン吸収は長波長側にシフトしていく。これより、局在表面プラズモン吸収のピーク波長は銀薄膜層2の周辺層の屈折率で制御可能であることが判る。
As shown in FIG. 4, as the effective refractive index increases, the localized surface plasmon absorption of the silver thin film shifts to the longer wavelength side. This shows that the peak wavelength of localized surface plasmon absorption can be controlled by the refractive index of the peripheral layer of the silver
したがって銀薄膜を光取り出し側の電極として使用する場合は、透過させたい光のスペクトルと局在表面プラズモン吸収のスペクトルとの重畳をできうる限り少なくすればよいことになる。換言すれば、局在表面プラズモン吸収のピーク波長を透過光のスペクトルピーク波長から、短波長側もしくは長波長側の方向にシフトするように、屈折率制御層3の屈折率を調整すれば透過率改善の効果を得ることができる。
Therefore, when a silver thin film is used as an electrode on the light extraction side, it is only necessary to minimize the overlap between the spectrum of light to be transmitted and the spectrum of localized surface plasmon absorption. In other words, if the refractive index of the refractive
〔有機EL素子〕
次に、本発明の有機EL素子について説明する。
[Organic EL device]
Next, the organic EL element of the present invention will be described.
尚、本例で用いた化合物を以下に示す。 The compounds used in this example are shown below.
〈緑色有機EL素子〉
まず、図5を参照して、本発明の緑色を発光する有機EL素子について説明する。図5は、本発明の有機EL素子の断面構造を示す模式図である。
<Green organic EL element>
First, the organic EL element that emits green light according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a schematic diagram showing a cross-sectional structure of the organic EL element of the present invention.
図5に示す様に、本発明の有機EL素子は、陽極と陰極との間に、発光層と電荷輸送層を含む有機化合物層を備え、下から順にアノード電極(陽極)4、正孔注入層5、発光層6、電子輸送層1、陰極として銀薄膜層2及び屈折率制御層3が積層された構造を有する。また、この素子構造では、上側が光取り出し側であり、電子輸送層1が銀薄膜層2に接している。つまり、電子輸送層1/銀薄膜層2/屈折率制御層3の構成が図1の積層構造に対応している。
As shown in FIG. 5, the organic EL device of the present invention includes an organic compound layer including a light emitting layer and a charge transport layer between an anode and a cathode, and an anode electrode (anode) 4 and a hole injection in order from the bottom. The layer 5, the
アノード電極4としては、アルミニウムネオジム薄膜上に、スパッタ法によりインジウム亜鉛酸化物(IZO)を38nmの膜厚で製膜したものを用いた。これをアセトン、イソプロピルアルコールで順次、超音波洗浄し、次にイソプロピルアルコールで煮沸洗浄後乾燥した。さらに、洗浄後の透明導電性支持基板をUVオゾン処理したものを次の成膜工程に用いた。 As the anode electrode 4, an aluminum neodymium thin film formed of indium zinc oxide (IZO) with a film thickness of 38 nm by a sputtering method was used. This was ultrasonically washed successively with acetone and isopropyl alcohol, then boiled and washed with isopropyl alcohol and then dried. Further, the washed transparent conductive support substrate subjected to UV ozone treatment was used in the next film forming step.
正孔注入層5には化合物(1)を用いた。この化合物(1)を用いて、真空蒸着法により膜厚150nmの正孔輸送層5を成膜した。発光層6は、主成分として化合物(2)を用い、発光性ドーパントとして化合物(3)を用いた。これらの化合物を用いて、真空蒸着法によりそれぞれ別のボートから同時蒸着して、膜厚30nmの発光層6を成膜した。上記化合物(3)の濃度は2wt%であった。さらに、電子輸送層1として化合物(4)を用いた。この化合物を用いて、真空蒸着法により膜厚40nmの電子輸送層1を成膜した。これら化合物(1)から化合物(4)に示す化合物の蒸着時の真空度は5.0×10-5Paで、成膜速度は0.1nm/secから0.3nm/secであった。
Compound (1) was used for the hole injection layer 5. Using this compound (1), a hole transport layer 5 having a thickness of 150 nm was formed by vacuum deposition. In the
次に、銀薄膜層2の材料として、銀を用いた。電子輸送層1の上に、真空蒸着法により膜厚10nmの銀薄膜層2を成膜した。
Next, silver was used as a material for the silver
さらに屈折率制御層3として、二酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化亜鉛、インジウム錫酸化物(ITO)、酸化チタン、フッ化リチウム、上記化合物(4)をそれぞれ成膜する素子を作成した。二酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化亜鉛、インジウム錫酸化物(ITO)、酸化チタンの場合は、スパッタ法により膜厚20nmで各材料を成膜した。また、フッ化リチウムもしくは上記化合物(4)の場合は、真空蒸着法により膜厚20nmで各材料を成膜した。なお、屈折率制御層3を設けない素子を比較試料として作成した。
Furthermore, as the refractive
得られた有機EL素子は、大気暴露によって素子劣化が起こらないように、乾燥窒素雰囲気下でその上に保護用ガラス管を被せ、アクリル樹脂系接着材を用いて封止した。 The obtained organic EL device was covered with a protective glass tube under a dry nitrogen atmosphere and sealed with an acrylic resin adhesive so that the device was not deteriorated by exposure to air.
図6は、屈折率制御層なしの緑色有機EL素子からの発光スペクトルと局在表面プラズモン吸収を示す説明図である。なお、横軸が波長、左縦軸がEL発光強度、右縦軸が局在表面プラズモン吸収の吸光度である。 FIG. 6 is an explanatory diagram showing an emission spectrum and localized surface plasmon absorption from a green organic EL element without a refractive index control layer. The horizontal axis represents the wavelength, the left vertical axis represents the EL emission intensity, and the right vertical axis represents the absorbance of the localized surface plasmon absorption.
図6に示すように、アノード電極を正極、銀薄膜を負極にして、10Vの直流電圧を印加すると、最大発光波長520nmに発光性ドーパントである上記化合物(3)に由来する緑色の発光が観測された。一方、局在表面プラズモン吸収のピーク波長は522nmである。即ち、得られた発光スペクトルは、局在表面プラズモン吸収と大部分で重畳しており、銀薄膜により発光強度が減じている。したがって、緑色光のスペクトルと銀薄膜由来の局在表面プラズモン吸収スペクトルの重畳をできうる限り少なくすればよい。つまり、局在表面プラズモン吸収を屈折率制御層でシフトさせればよいことになる。 As shown in FIG. 6, when a DC voltage of 10 V is applied with the anode electrode as the positive electrode and the silver thin film as the negative electrode, green light emission derived from the compound (3), which is a luminescent dopant, is observed at a maximum emission wavelength of 520 nm. It was done. On the other hand, the peak wavelength of localized surface plasmon absorption is 522 nm. That is, the obtained emission spectrum largely overlaps with the localized surface plasmon absorption, and the emission intensity is reduced by the silver thin film. Therefore, the superposition of the green light spectrum and the localized surface plasmon absorption spectrum derived from the silver thin film should be minimized. That is, the localized surface plasmon absorption may be shifted by the refractive index control layer.
また図7は、緑色発光スペクトル積分の有効屈折率依存性を示す説明図である。なお、発光スペクトル積分は屈折率制御層なく空気の場合、電子輸送層1が上記化合物(4)の場合(有効屈折率1.21)を1として規格化している。図7では、屈折率制御層の材料、つまり屈折率制御層の屈折率を変更することで、有効屈折率を変化させている。図4で示したように、有効屈折率が大きくなるほど局在表面プラズモン吸収は長波長側にシフトする。そのため、発光スペクトルと局在表面プラズモン吸収との重畳部分が減少し、緑色発光に対する透過率が改善され、図7に示すように、発光スペクトル積分は有効屈折率とともに増大した。
FIG. 7 is an explanatory diagram showing the effective refractive index dependence of the green emission spectrum integration. Note that the emission spectrum integration is standardized with 1 when the refractive index control layer is air and the
その結果として、銀薄膜を光取り出し側の電極として用いて透過率が改善された緑色有機EL素子を構成するには、有効屈折率が1.4以上となるように屈折率制御層3の屈折率を調整すればよいことが判る。
As a result, in order to construct a green organic EL element with improved transmittance using a silver thin film as an electrode on the light extraction side, the refractive index of the refractive
〈赤色有機EL素子〉
次に、本発明の赤色を発光する有機EL素子について説明する。本発明の赤色有機EL素子の基本構造は、発光層6の主成分として化合物(5)を用い、発光性ドーパントとして化合物(6)を用いた以外は、上記緑色有機EL素子と同様である。なお、上記化合物(6)の濃度は2wt%であった。
<Red organic EL element>
Next, the organic EL element that emits red light according to the present invention will be described. The basic structure of the red organic EL device of the present invention is the same as that of the green organic EL device except that the compound (5) is used as the main component of the
図8は、屈折率制御層なしの赤色有機EL素子からの発光スペクトルと局在表面プラズモン吸収を示す説明図である。図8に示すように、アノード電極を正極、銀薄膜を負極にして、10Vの直流電圧を印加すると、最大発光波長630nmに発光性ドーパントである上記化合物(6)に由来する赤色の発光が観測された。一方、局在表面プラズモン吸収のピーク波長は522nmである。即ち、得られた発光スペクトルは、局在表面プラズモン吸収の長波長側の裾と重畳しており、実施例1における緑色と比較すれば重畳が少ないとはいえ、銀薄膜により発光強度が減じている。 FIG. 8 is an explanatory diagram showing an emission spectrum and localized surface plasmon absorption from a red organic EL element without a refractive index control layer. As shown in FIG. 8, when a DC voltage of 10 V is applied with the anode electrode as the positive electrode and the silver thin film as the negative electrode, red light emission derived from the compound (6), which is a luminescent dopant, is observed at a maximum emission wavelength of 630 nm. It was done. On the other hand, the peak wavelength of localized surface plasmon absorption is 522 nm. That is, the obtained emission spectrum is superimposed on the long-wavelength side of localized surface plasmon absorption, and although the amount of superposition is small compared to the green color in Example 1, the emission intensity is reduced by the silver thin film. Yes.
また図9は、赤色発光スペクトル積分の有効屈折率依存性を示す説明図である。なお、発光スペクトル積分は屈折率制御層がなく空気の場合、電子輸送層1が上記化合物(4)の場合(有効屈折率1.21)を1として規格化している。図4に示したように、有効屈折率が大きくなるほど局在表面プラズモン吸収は長波長側にシフトする。そのため、緑色とは反対に発光スペクトルと局在表面プラズモン吸収の重畳部分が増加し、赤色発光に対する透過率が悪化した。一方、有効屈折率が小さくなるにつれ、局在表面プラズモン吸収は短波長側にシフトするため、赤色発光に対する透過率が改善され、図9に示すように、発光スペクトル積分は増大した。
FIG. 9 is an explanatory diagram showing the effective refractive index dependence of the red emission spectrum integration. Note that the emission spectrum integration is standardized with 1 when the air is without a refractive index control layer and when the
その結果として、銀薄膜を光取り出し側の電極として用いて透過率が改善された赤色有機EL素子を構成するには、有効屈折率が2.3以下となるように屈折率制御層の屈折率を調整すればよいことが判る。 As a result, in order to construct a red organic EL device with improved transmittance using a silver thin film as an electrode on the light extraction side, the refractive index of the refractive index control layer is set so that the effective refractive index is 2.3 or less. It can be seen that adjustment should be made.
〈青色有機EL素子〉
さらに、本発明の青色を発光する有機EL素子について説明する。本実施形態の青色有機EL素子の基本構造は、発光層6の主成分として化合物(7)を用い、発光性ドーパントとして化合物(8)を用いた以外は、緑色有機EL素子と同様である。なお、上記化合物(8)の濃度は2wt%であった。
<Blue organic EL element>
Further, the organic EL element that emits blue light according to the present invention will be described. The basic structure of the blue organic EL device of this embodiment is the same as that of the green organic EL device except that the compound (7) is used as the main component of the
図10は、屈折率制御層なしの青色有機EL素子からの発光スペクトルと局在表面プラズモン吸収を示す説明図である。図10に示すように、アノード電極を正極、銀薄膜を負極にして、10Vの直流電圧を印加すると、最大発光波長490nmに発光性ドーパントである上記化合物(8)に由来する青色の発光が観測された。一方、局在表面プラズモン吸収のピーク波長は522nmである。即ち、得られた発光スペクトルは局在表面プラズモン吸収の短波長側の裾と重畳しており、上記緑色有機EL素子と比較すれば重畳が少ないとはいえ、銀薄膜により発光強度が減じている。 FIG. 10 is an explanatory diagram showing an emission spectrum and localized surface plasmon absorption from a blue organic EL element without a refractive index control layer. As shown in FIG. 10, when a DC voltage of 10 V is applied with the anode electrode as the positive electrode and the silver thin film as the negative electrode, blue light emission derived from the compound (8), which is a luminescent dopant, is observed at a maximum emission wavelength of 490 nm. It was done. On the other hand, the peak wavelength of localized surface plasmon absorption is 522 nm. That is, the obtained emission spectrum overlaps with the short wavelength side skirt of the localized surface plasmon absorption, and the light emission intensity is reduced by the silver thin film although the overlap is small compared with the green organic EL element. .
また図11は、青色発光スペクトル積分の有効屈折率依存性を示す説明図である。なお、発光スペクトル積分は屈折率制御層がなく空気の場合、電子輸送層1が上記化合物(4)の場合(有効屈折率1.21)を1として規格化している。図4に示したように、有効屈折率が大きくなるほど局在表面プラズモン吸収は長波長側にシフトする。そのため、発光スペクトルと局在表面プラズモン吸収との重畳部分が減少し、青色発光に対する透過率が改善され、図11に示すように、発光スペクトル積分は有効屈折率とともに増大した。
FIG. 11 is an explanatory diagram showing the effective refractive index dependence of the blue emission spectrum integration. Note that the emission spectrum integration is standardized with 1 when the air is without a refractive index control layer and when the
その結果として、銀薄膜を光取り出し側の電極として用いて透過率が改善された青色有機EL素子を構成するには、有効屈折率が1.4以上となるように屈折率制御層の屈折率を調整すればよいことが判る。 As a result, in order to construct a blue organic EL device with improved transmittance using a silver thin film as an electrode on the light extraction side, the refractive index of the refractive index control layer is set so that the effective refractive index is 1.4 or more. It can be seen that adjustment should be made.
〔表示装置〕
次に、図12及び図13を参照して、赤色、緑色、青色(RGB3色)の有機EL素子を複数配列してなる本発明の表示装置について説明する。なお、配列された赤色、緑色、青色の有機EL素子の構造及び使用した化合物はそれぞれ上述した有機EL素子と同様である。
[Display device]
Next, with reference to FIG. 12 and FIG. 13, a display device of the present invention in which a plurality of organic EL elements of red, green and blue (RGB three colors) are arranged will be described. The structures of the arranged red, green, and blue organic EL elements and the compounds used are the same as those of the organic EL elements described above.
図12は、本発明の表示装置の断面構造を示す模式図である。 FIG. 12 is a schematic view showing a cross-sectional structure of the display device of the present invention.
図12に示すように、基板10の上にアノード電極4、正孔注入層5が積層される。次に、各画素に発光色の異なる赤色発光層13、緑色発光層14、青色発光層15が塗り分けてマスク蒸着される。最後に、電子輸送層1、銀薄膜層2、屈折率制御層3が成膜されて表示装置が構成される。なお、成膜条件は、有機EL素子について説明したものと同様であるが、少なくとも屈折率制御層3は、赤色有機EL素子、緑色有機EL素子及び青色有機EL素子に共通して配置される様に成膜する。
As shown in FIG. 12, the anode electrode 4 and the hole injection layer 5 are laminated on the
上記有機EL素子の説明では、透過させたい光がそれぞれ緑色、赤色、青色の単色光であった。そのため、有効屈折率を単調に増加もしくは減少させれば、局在表面プラズモン吸収は、それぞれ単調に長波長側もしくは短波長側にシフトし、所望の波長に対する透過率改善が可能であった。 In the description of the organic EL element, the light to be transmitted is monochromatic light of green, red, and blue, respectively. Therefore, if the effective refractive index is monotonously increased or decreased, the localized surface plasmon absorption is monotonously shifted to the long wavelength side or the short wavelength side, respectively, and the transmittance for a desired wavelength can be improved.
表示装置においても、各色に対して屈折率制御層3および電子輸送層1により有効屈折率を制御して透過率を改善することは可能である。しかしながら、これを実現するには、有効屈折率を各色に対して調整するために屈折率制御層をマスク蒸着工程で塗り分けて成膜する必要があり、製造コストが高くなる。そこで、赤色、緑色、青色に共通の屈折率制御層を塗り分けなしに成膜する方が低コストである。屈折率制御層3を塗り分けなしに成膜する場合、赤色、緑色、青色の全色に対して局在表面プラズモン吸収との重畳が低減される有効屈折率となるように屈折率制御層3を選択する必要がある。
Also in the display device, it is possible to improve the transmittance by controlling the effective refractive index by the refractive
図13は、屈折率制御層なしの表示装置からの発光スペクトルと局在表面プラズモン吸収を示す説明図である。図13に示すように、局在表面プラズモン吸収は可視光にわたって広い吸収をもつが、特にそのピーク波長522nmでの吸収が大きい。そのためピーク波長を赤色発光、緑色発光、青色発光のスペクトルピーク波長からそれぞれずらせば所望の波長での透過率が改善される。 FIG. 13 is an explanatory diagram showing an emission spectrum and localized surface plasmon absorption from a display device without a refractive index control layer. As shown in FIG. 13, the localized surface plasmon absorption has a wide absorption over visible light, but the absorption at the peak wavelength of 522 nm is particularly large. Therefore, the transmittance at a desired wavelength can be improved by shifting the peak wavelength from the spectrum peak wavelengths of red light emission, green light emission, and blue light emission.
理想的には、局在表面プラズモン吸収ピーク波長を青色発光ピーク波長490nmよりも短波長にシフトさせるか、あるいは、赤色発光ピーク波長630nmよりも長波長側にシフトさせれば、全色に対して局在表面プラズモン吸収の影響を低減可能である。しかし、屈折率制御層に使用できる材料で最も低屈折率な材料は通常空気(屈折率1)であり、短波長側へのシフトには限界がある。さらに長波長側へのシフトも、同様に可視光領域に光吸収がなく高屈折率を示す材料は多くなく、屈折率2.7程度の酸化チタンが実用上の上限と考えられる。ゆえに、局在表面プラズモン吸収を可視光波長領域から完全に外すことは難しい。 Ideally, if the localized surface plasmon absorption peak wavelength is shifted to a shorter wavelength than the blue emission peak wavelength of 490 nm, or is shifted to a longer wavelength side than the red emission peak wavelength of 630 nm, it is The influence of localized surface plasmon absorption can be reduced. However, the lowest refractive index material that can be used for the refractive index control layer is usually air (refractive index 1), and there is a limit to the shift toward the short wavelength side. Furthermore, the shift to the long wavelength side is similarly limited in that there are not many materials that do not absorb light in the visible light region and show a high refractive index, and titanium oxide having a refractive index of about 2.7 is considered to be the practical upper limit. Therefore, it is difficult to completely remove localized surface plasmon absorption from the visible light wavelength region.
したがって、赤色、緑色、青色全色を考慮して透過率を改善すべき波長を決める必要がある。図13中の矢印で示した緑色発光スペクトルのピーク波長520nmから赤色発光スペクトルのピーク波長630nmまでの波長領域では、発光スペクトルの凹部がある。つまり、発光強度が相対的に低いこの波長領域に局在表面プラズモン吸収ピーク波長を存在させれば、プラズモン吸収による発光の損失が低減される。
Therefore, it is necessary to determine the wavelength at which the transmittance should be improved in consideration of all red, green, and blue colors. In the wavelength region from the peak wavelength 520 nm of the green emission spectrum to the
即ち、銀薄膜を光取り出し側の電極として用いて、透過率が改善されたRGB三色の有機EL素子を有する表示装置を構成するには、有効屈折率として1.4以上2.3以下となるように屈折率制御層3の屈折率を調整すればよいことが判る。
That is, in order to construct a display device having RGB three-color organic EL elements with improved transmittance using a silver thin film as an electrode on the light extraction side, the effective refractive index is 1.4 or more and 2.3 or less. It can be seen that the refractive index of the refractive
以上、本発明の好適な実施形態を説明したが、これは本発明の説明のための例示であり、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、上記実施形態とは異なる種々の態様で実施することができる。例えば、上記の実施形態では、光取り出し側の電極が陰極の場合について説明したが、逆の構成であってもよい。その場合には、正孔注入層が銀薄膜層に接する電荷輸送層になる。 The preferred embodiment of the present invention has been described above. However, this is merely an example for explaining the present invention, and various embodiments different from the above-described embodiment may be implemented without departing from the gist of the present invention. Can do. For example, in the above embodiment, the case where the electrode on the light extraction side is the cathode has been described, but the reverse configuration may be used. In that case, the hole injection layer becomes a charge transport layer in contact with the silver thin film layer.
1 電荷輸送層(電子輸送層)、2 銀薄膜層、3 屈折率制御層、6 発光層 1 charge transport layer (electron transport layer), 2 silver thin film layer, 3 refractive index control layer, 6 light emitting layer
Claims (2)
前記有機EL素子は、陽極と、陰極と、前記陽極と前記陰極との間に、発光層と電荷輸送層を含む有機化合物層を備え、前記陽極と前記陰極のうち、光取り出し側の電極は、前記電荷輸送層に接する、銀を90重量%以上含み、膜厚が30nm未満である銀薄膜層であり、
前記銀薄膜層の上に、前記赤色を発する有機EL素子、前記緑色を発する有機EL素子及び前記青色を発する有機EL素子に共通して配置された屈折率制御層を有し、
下式で示される有効屈折率(neff)が1.4以上2.3以下であることを特徴とする表示装置。
neff=0.7nu+0.3nd
nu:屈折率制御層の屈折率
nd:電荷輸送層の屈折率 In a display device having an organic EL element that emits red, an organic EL element that emits green, and an organic EL element that emits blue,
The organic EL device includes an anode, a cathode, and an organic compound layer including a light emitting layer and a charge transport layer between the anode and the cathode, and the electrode on the light extraction side of the anode and the cathode is A silver thin film layer that is in contact with the charge transport layer and contains 90% by weight or more of silver and has a film thickness of less than 30 nm.
On the silver thin film layer, the organic EL element that emits red, the organic EL element that emits green, and the organic EL element that emits blue, and a refractive index control layer disposed in common.
An effective refractive index (n eff ) represented by the following formula is 1.4 or more and 2.3 or less.
n eff = 0.7 n u +0.3 n d
n u : refractive index of refractive index control layer n d : refractive index of charge transport layer
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